CN106163954B - 锥形卷绕细长材料的装置和细长材料的锥形卷绕方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种以多个层卷绕在工字轮(102)上的细长材料(101)的装置(100)。该工字轮(102)包括圆柱芯(104)、底凸缘(106)以及顶凸缘(108)。第一系列的层在芯(104)上形成细长材料(101)的锥形基底(214)，使得细长材料(101)在底凸缘(106)处比在顶凸缘(108)处存在更大的数目。第二系列的层(216、218、220、222)被卷绕在锥形基底(214)上并且从底凸缘(106)延伸到顶凸缘(108)，由此保持所卷绕的细长材料(101)的锥形形式。锥形基底(214)通过以下形成：‑第一层(202)以第一数目的绕圈在底凸缘(106)与顶凸缘(108)之间被卷绕在圆柱芯(104)上，‑第二层(204)以第二数目的绕圈被卷绕在第一层(202)上，第二数目的绕圈等于或小于第一数目的绕圈，第二层(204)到达底凸缘(106)但不必到达顶凸缘(108)，‑附加层(206、208、210、212)以随锥形基底(214)被形成而在平均上减小的绕圈的数目被卷绕在第二层(204)上，附加层(206、208、210、212)到达底凸缘。该装置具有减少解绕问题的优点。

Description

锥形卷绕细长材料的装置和细长材料的锥形卷绕方法

技术领域

本发明涉及一种在工字轮上以多层卷绕的细长材料的布置。本发明涉及一种在工字轮上卷绕多个层的方法。本发明尤其涉及在工字轮上的细长元件的锥形布置。

背景技术

现有技术反映了在工字轮上的细长材料的锥形布置的大量示例。

例如，EP-A1-0241964公开了在具有圆柱芯以及具有至少一个锥形凸缘的工字轮上锥形卷绕金属丝的方式。卷绕层相对于圆柱芯被锥形地布置。锥形卷绕层具有形成稳定结构以及当工字轮被垂直定位时绕圈将滑下工字轮的芯的危险强烈减小的优点。

DE-A1-3811284公开了锥形卷绕丝材料的另一方式。锥形层被构建在具有圆柱芯并且具有两个平坦凸缘的工字轮上。本实施例还具有提供了稳定线圈的优点。

BE-A3-1000634公开了一种改进，由此从锥形层制成的丝的锥形线圈接受具有减少数目的绕圈的丝的附加锥形层，使得外部最终形式变为圆柱夹套。该实施例具有向相同的工字轮添加重量的优点。

进一步的进化在US-A-5,255,863中公开。在此，绳状材料以锥形层被卷绕在具有平坦凸缘的工字轮的锥形芯上。锥形芯的角度与锥形层的角度相对。在锥形芯上的该反锥形卷绕的优点在于，在卷绕之后可以取走凸缘和芯，因为已经留下了稳定的无芯线圈。

工字轮仅仅是细长材料的临时储存。细长材料早晚必须从工字轮解绕以用于进一步或最终使用。不管现有技术的实施例均具有提供了稳定线圈的优点的事实，现有技术的实施例具有解绕、特别是静止解绕的缺点，这可导致造成细长材料的断裂的问题。需要在此理解的是，术语“静止解绕(stationary unwinding)”指的是工字轮并不被旋转而是静止不动的解绕方法。

发明内容

本发明的主要目的是避免现有技术的问题。

本发明的另一目的是避免或至少减轻解绕期间的问题。

本发明的又一目的是保持具有细长材料的稳定卷绕线圈的优点。

本发明的再一目的是提供锥形卷绕的可替代方式。

根据本发明的第一方面，提供了在工字轮上以多个层被卷绕的细长元件的布置。该工字轮包括圆柱芯、底凸缘以及顶凸缘。第一系列的层在芯上形成细长材料的锥形基底，使得细长材料在底凸缘处比在顶凸缘处存在更大的数目。第二系列的层被卷绕在锥形基底上并且从底凸缘延伸到顶凸缘，由此保持所卷绕的细长材料的锥形形式。

改进在于以下事实，即锥形基底由以下步骤形成：

-以第一数目的绕圈将第一层卷绕在底凸缘与顶凸缘之间，

-以第二数目的绕圈将第二层卷绕在第一层上，由此第二数目的绕圈等于或小于第一数目的绕圈，第二层到达底凸缘但不必到达顶凸缘，

-以随锥形基底被形成而在平均上减小的绕圈的数目将附加层卷绕在第二层上，该附加层到达底凸缘但不到达顶凸缘。

术语“工字轮(spool)”指的是工字轮、线筒或者卷筒。

术语“绕圈(winding)”指的是细长材料围绕工字轮的芯的360°绕转。

术语“层(layer)”指的是在一个方向上具有确定的卷绕节距的后续数目的绕圈。卷绕节距是在两个在芯的轴线的方向上测量到的两个后续绕圈之间的距离。卷绕节距大于或等于细长材料的直径，并且优选地大于细长材料的直径，从而产生不饱和的层即相邻绕圈并不与彼此接触的层。

术语“到达底凸缘”或“从底凸缘”并不必意味着细长材料与底凸缘或顶凸缘物理接触。这意味着在细长材料和底凸缘之间的距离小于一个卷绕节距。如加上必要的变更，这些对于顶凸缘也成立。

术语“绕圈的这些数目在平均上减少”意味着层具有与之前的层的绕圈的数目相等或更少的绕圈的数目。

在优选的实施例中，工字轮的顶凸缘是锥形的，这有助于解绕过程，特别是静止解绕。

底凸缘也可以是锥形的。

细长材料可以是金属丝或金属线，优选具有圆的或几乎圆的横截面。

本发明减小或避免了解绕问题，并且由此特别适用于具有恰当的抗张强度的细长材料，即，小于1000MPa的、例如小于800MPa的、例如小于600MPa的抗张强度。

具有低抗张强度的细长材料的示例是退火的低碳钢丝。

低碳钢丝是沿着以下线具有普通碳钢成分的钢丝：碳含量的范围高至0.20重量百分比，例如高至0.10重量百分比，例如高至0.06重量百分比。最小碳含量可以是大约0.02重量百分比。可能除了硅和锰之外，所有元素均具有小于0.50重量百分比的含量，例如小于0.20重量百分比，例如小于0.10重量百分比。

硅在数量上存在最大1.0重量百分比，例如最大0.50重量百分比，例如0.30wt％或0.15wt％。

锰在数量上存在最大2.0重量百分比，例如最大1.0重量百分比，例如0.50wt％或0.30wt％。

退火的低碳丝是已经经历550℃至670℃范围的热处理的低碳丝，以便于再结晶铁素体并且使得丝不可变形。在退火之后，其抗张强度可以小于500MPa，并且可以处于300MPa与400MPa之间的范围。

具有低抗张强度的其他细长材料的示例是铜丝、铝丝、青铜丝、黄铜丝、铜缆绳、铝缆绳。

待被卷绕的细长材料的直径的范围优选为从0.15mm至2.20mm，例如从0.20mm至1.20mm。

在工字轮的芯上形成的锥形基底优选地与圆柱芯形成角度α，该角度α的范围从1°至15°，例如从1°至5°。优选地，该角度α被保持在5°至10°以便于在工字轮上具有尽可能多的细长材料。最小角度必须大于1°以便于保持锥形卷绕的优点。

在顶凸缘或底凸缘或其两者为锥形的情况下，这些凸缘优选地与垂直于工字轮的芯的平面形成角度β。优选地，该角度β范围从10°至40°，例如从15°至35°。

根据本发明的第二方面，提供了一种在工字轮上卷绕细长材料的多个层的方法。该卷绕方法包括以下步骤：

a)提供工字轮具有圆柱芯、底凸缘和顶凸缘；

b)通过以下步骤在圆柱芯上形成具有第一系列的层的锥形基底：

-以第一数目的绕圈在底凸缘与顶凸缘之间卷绕第一层；

-以第二数目的绕圈在第一层上卷绕第二层，该第二数目的绕圈等于或小于第一数目的绕圈，第二层到达底凸缘但不必到达顶凸缘；

-以随锥形基底被形成而在平均上减小的绕圈的数目在第二层上卷绕附加层，该附加层到达底凸缘但不到达顶凸缘。

第二系列的层可被卷绕在锥形基底上并且可以在底凸缘与顶凸缘之间延伸，由此保持所卷绕的细长材料的锥形形式。

附图说明

图1给出了现有技术的锥形卷绕的示意性示图。

图2a图示了根据本发明的锥形卷绕的锥形基底如何被形成，并且图2b图示了在构建锥形基底之后卷绕的过程如何被实施。

图3以更多细节图示了根据本发明的锥形基底的构建。

具体实施方式

图1示出了锥形地卷绕在工字轮102上的金属丝101的现有技术实施例100。工字轮102具有圆柱芯104、锥形底凸缘106以及锥形顶凸缘108。丝101的绕圈形成锥形层，由短安装层110开始、之后是略长的下行层112、长度上比之前的层112更大的安装层114、再次在长度上比之前的层114更大的下行层116、在长度上比之前的层116更大的安装层118、在长度上比之前的层118更大的下行层120等等，直到形成锥形基底为止。

有锥形层110-120的锥形卷绕的该方式可导致解绕问题，特别是在静止解绕的情况下。静止解绕是如下方式的解绕：由此该工字轮静止不动，即该工字轮并不旋转。丝101在顶凸缘108上被解绕，例如在环122上或如在US-A-5,028,013中公开的放线装置上。在解绕操作期间，丝101每次旋转或每次卷绕均接受一捻。当在相同时间要被解绕的丝101接近于芯104并且在丝101与顶凸缘108之间的角度γ小的时候可能发生解绕问题。角度γ越小，丝101中的张力越大。更精确地，问题不在丝101非常接近于顶凸缘108的时候发生，而是在丝101处于与顶凸缘108相距3至8cm的距离时发生。

由于丝101中更大张力、给到丝101的捻以及丝101的摇摆效应的组合效应，之前的绕圈可能跳上并越过之后的绕圈，导致绕圈被夹紧。当涉及到要被解绕的这些绕圈时，丝101中的张力增大，导致工字轮102的振动甚至导致丝101的断裂。

如在图1中所示，在完全锥形基底仍然要被解绕的时刻、即在工字轮102上仍然存在大量丝101的时刻有发生断裂的风险。

图2a示出了根据本发明的工字轮102的右侧以及多层的构建。

第一对的层202、204在底凸缘106与顶凸缘108之间延伸：安装层202和下行层204。第二对的层206、208从底凸缘106开始，但并不达到顶凸缘108。该第二对的层206、208具有比第一对的层202、204更少数目的绕圈。第三对的层210、212也从底凸缘106开始并且具有比第二对的层206、208更少数目的绕圈。这继续下去，直到已经形成锥形基底214。

图2b图示了卷绕过程的继续。在形成锥形基底之后，之后的层216、218、220和222全部在底凸缘106与顶凸缘108之间延伸。

图3图示了每次卷绕的锥形基底214的构建的方式。在内部具有码1的圆圈指的是第一安装层202的绕圈，在内部具有码2的圆圈指的是第二下行层204的绕圈，在内部具有码3的圆圈指的是第三安装层206的绕圈，在内部具有码4的圆圈指的是第四下行层208的绕圈，在内部具有码5的圆圈指的是第五安装层210的绕圈，并且在内部具有码6的圆圈指的是第六下行层212的绕圈。

本发明的优点在如下进行解释。如提及的，当在相同时间要被解绕的丝101接近于芯104并且角度γ小的时候可能发生解绕的问题。参照图2a以及图3，这在第一对的层中发生，例如202、204。这意味着诸如丝的振动或断裂之类的问题可在当工字轮几乎空的时刻发生。这与现有技术形成巨大反差，在现有技术中问题可能在解绕完整的锥形基底的开始处发生。

图1、图2a、图2b和图3仅仅用于图示。实际上，需要作出锥形基底的层的数目可能更大。其完全取决于工字轮的几何形状，更特定地，取决于工字轮的高度、卷绕节距、以及由锥形基底与工字轮的芯及细长材料的直径形成的角度α。

工字轮的高度的范围可从100mm至500mm，并且更多地例如从200mm至450mm。

卷绕张力变化并且取决于细长材料的断裂负载。0.25mm的低碳钢丝可以用2牛的卷绕张力被卷绕，0.65mm的低碳钢丝可以用10牛的卷绕张力被卷绕。

卷绕节距的范围可以从1mm至5mm，例如从2mm至4mm。无论如何，卷绕节距大于细长元件的直径。

为了使300mm的工字轮高度具有2°的角度α，需要做出该锥形基底的层的数目主要取决于细长材料的直径并且可以在5层(大于0.65mm的大直径)与多于100层(小于0.23mm的小直径)之间变化。

附图标记列表

100 工字轮和丝的布置

101 丝

102 工字轮

104 芯

106 底凸缘

108 顶凸缘

110 第一安装层

112 第二下行层

114 第三安装层

116 第四下行层

118 第五安装层

120 第六下行层

122 导向环

202 第一安装层

204 第二下行层

206 第三安装层

208 第四下行层

210 第五安装层

212 第六下行层

214 锥形基底

216-218-220-222 锥形基底上的层

Claims (11)

1.一种以多个层被卷绕在工字轮(102)上的细长材料(101)的装置(100)，

所述工字轮包括圆柱芯(104)、底凸缘(106)以及顶凸缘(108)，

第一系列的层，在所述芯(104)上形成细长材料(101)的锥形基底(214)，使得细长材料(101)在所述底凸缘(106)处比在所述顶凸缘(108)处存在更大的量，

第二系列的层(216、218、220、222)，被卷绕在所述锥形基底(214)上并且从底凸缘(106)延伸到顶凸缘(108)，由此保持所卷绕的细长材料(101)的锥形形式，

其特征在于，

所述锥形基底(214)通过以下步骤形成：

-以第一数目的绕圈在所述底凸缘(106)与所述顶凸缘(108)之间将第一层(202)卷绕在所述圆柱芯(104)上，

-以第二数目的绕圈将第二层(204)卷绕在所述第一层(202)上，所述第二数目的绕圈等于或小于所述第一数目的绕圈，所述第二层(204)到达所述底凸缘(106)但不必到达所述顶凸缘(108)，

-以随所述锥形基底(214)被形成而在平均上减小的数目的绕圈将附加层(206、208、210、212)卷绕在所述第二层(204)上，所述附加层(206、208、210、212)到达所述底凸缘。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，

其中所述顶凸缘(108)是锥形的。

3.根据权利要求2所述的装置(100)，

其中所述底凸缘(106)是锥形的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，

其中所述细长材料(101)是金属丝或金属帘线。

5.根据权利要求1所述的装置(100)，

其中所述细长材料(101)具有小于1000MPa的抗张强度。

6.根据权利要求5所述的装置(100)，

其中所述细长材料(101)是退火的低碳钢丝。

7.根据权利要求1所述的装置(100)，

其中所述细长材料(100)具有从0.15mm至2.20mm范围的直径。

8.根据权利要求1所述的装置(100)，

其中所述锥形基底(214)与所述圆柱芯(104)形成角度α，所述角度α的范围是从1°至15°。

9.根据权利要求3所述的装置(100)，

其中所述底凸缘(106)和所述顶凸缘(108)与垂直于所述圆柱芯(104)的平面形成角度β，所述角度β的范围是从10°至40°。

10.一种在工字轮(102)上卷绕细长材料(101)的多个层的方法，所述方法包括以下步骤：

a、提供具有圆柱芯(104)、底凸缘(106)以及顶凸缘(108)的工字轮(102)；

b、通过以下步骤利用第一系列的层在所述圆柱芯(104)上形成锥形基底(214)：

-以第一数目的绕圈在所述底凸缘(106)与所述顶凸缘(108)之间卷绕第一层(202)，

-以第二数目的绕圈卷绕第二层(204)，所述第二数目的绕圈等于或小于所述第一数目的绕圈，所述第二层(204)到达所述底凸缘(106)但不必到达所述顶凸缘(108)；

-以随所述锥形基底(214)被形成而在平均上减小的数目的绕圈在所述第二层(204)上卷绕附加层(206、208、210、212)，所述附加层(206、208、210、212)到达所述底凸缘(106)。

11.根据权利要求10所述的方法，

所述方法进一步包括步骤：

c、在所述锥形基底(214)上并且从所述底凸缘(106)至所述顶凸缘(108)之间延伸地卷绕第二系列的层(216、218、220、222)，由此保持所卷绕的细长材料(101)的锥形形式。